Question

【题目】CO2作为资源再利用是重要的研究课题，工业上用CO2产生燃料甲醇的化学方程式：CO2（g）+3H2（g） CH3OH（g）+H2O（g）。回答下列问题：

（1）由CO2制备甲醇过程涉及反应如下：

反应Ⅰ：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H1

反应Ⅱ：CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g） △H2

反应Ⅲ：CO（g）+2H2（g） CH3OH（g） △H3

已知反应Ⅰ、反应Ⅱ、反应Ⅲ的化学平衡常数分别为K1、K2、K3，则K1_______（用K2、K3表示）

（2）一定条件下，在3L恒容密闭容器中充入一定量的H2和CO2，研究反应：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g） △H1，实验测得反应物在不同起始投入量下，反应体系中CO2的平衡转化率与温度的关系曲线如下图所示。

①H2和CO2的起始的投入量以A和B两种方式投入：

A：n（H2）=3mol，n（CO2）=1.5mol，

B：n（H2）=3mol，n（CO2）=2mol

曲线Ⅱ代表______（填“A”或“B”）投入方式反应的△H1________0（填“﹥”或“＜”）

②在温度为500K的条件下，充入3molH2和1.5molCO2，该反应5min时达到平衡，此温度下的平衡常数为_______（mol·L-1）-2

③500K时，若在此容器中开始充入0.3molH2和0.9molCO2、0.6molCH3OH、0.6molH2O，则反应向______方向进行（“正反应”或“逆反应”）

Answer 1

【答案】 K2·K3 B ＜ 450 正反应

【解析】试题分析：本题考查化学平衡常数的计算和应用，化学平衡图像的分析。

（1）根据化学平衡常数的定义，K1=[c(CH3OH)·c(H2O)]/[c(CO2)·c3(H2)]，K2=[c(CO)·c(H2O)]/[c(CO2)·c(H2)]，K3=c(CH3OH)/[c(CO)·c2(H2)]，则K1=K2·K3。

（2）①B与A对比，增大CO2物质的量，平衡向正反应方向移动，B中H2的平衡转化率大于A中，B中CO2的平衡转化率小于A中，相同温度下曲线II中CO2的平衡转化率小于曲线I，则曲线II代表B投入方式。由图像知升高温度CO2的平衡转化率减小，升高温度平衡向逆反应方向移动，逆反应为吸热反应，ΔH10。

②由图像知，在温度为500K的条件下，充入3molH2和1.5molCO2，达到平衡时CO2的转化率为60%，用三段式

CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

c（起始）（mol/L）0.5 1 0 0

c（转化）（mol/L）0.50.6=0.3 0.9 0.3 0.3

c（平衡）（mol/L）0.2 0.1 0.3 0.3

此温度下的平衡常数为[0.3mol/L0.3mol/L]/[0.2mol/L (0.1mol/L)3]=450（mol·L-1）-2。

③开始H2、CO2、CH3OH、H2O的物质的量浓度依次为0.1mol/L、0.3mol/L、0.2mol/L、0.2mol/L，此时浓度商为[0.2mol/L0.2mol/L]/[0.3mol/L (0.1mol/L)3]=133.3（mol·L-1）-2450（mol·L-1）-2，则反应向正反应方向进行。